Biểu mô khí quản người trưởng thành trong nuôi cấy, bao gồm các tế bào tiết (màu tím), tế bào có mao (màu xanh lá) và nhân (màu xanh dương). Biểu mô khí quản có nguồn gốc từ các tế bào gốc khí quản được thu nhận từ bệnh nhân nhi mang đột biến đồng hợp F508del
Phương pháp mới được phát triển bởi các nhà khoa học của viện Tế bào gốc Harvard (Harvard Stem Cell Institute_HSCI) tại Bệnh viện công Massachusett (Massachusetts General Hospital_MGH) có thể cách mạng hóa kỹ thuật nuôi cấy tế bào gốc trưởng thành. Trong công bố của học trên tạp chí Cell Stem Cell tháng 6-2016, nhóm tác giả đã mô tả quá trình tạo ra và mở rộng tế bào gốc khí quản (airway stem cell) thu nhận từ các mẫu mô trong điều trị thường qui các bệnh về phổi. Cách tiếp cận tổng thể có thể được áp dụng với nhiều loại mô khác, như da, đường tiêu hóa hay ống sinh dục.
“Phương pháp này mở ra con đường mới trong nghiên cứu các bệnh về khí quản như bệnh hen suyễn (asthma) hay COPD”, theo Bác sĩ Jayaraj Rajagopal, trung tâm MGH cho Y học tái tạo học và HSCI, tác giả đứng đầu của công bố. “Nếu trong quá khứ chúng ta chỉ có thể mở rộng các tế bào gốc được vài thế hệ, thì giờ đây chúng ta có thể tạo ra đủ số lượng tế bào cho những thí nghiệm kéo dài vài năm. Hệ thống của chúng tôi rất đơn giản, tránh phức tạp hóa hệ thống nuôi cấy và dễ dàng tiếp cận bởi nhiều phòng thí nghiệm.”
Nhiều giả thuyết được đưa ra nhằm giải thích cho giới hạn trong duy trì các tế bào gốc nuôi cấy, bao gồm sự ngắn dần của telomere và lão hóa tế bào. Nhóm của Rajagopal tập trung vào các con đường tín hiệu lão hóa đã biết, điều hòa sự tăng sinh và quan trọng trong quá trình biệt hóa. Được hoạt hóa bởi các protein như TGF-β, protein đa hình xương (Bone Morphogenic Protein_BMP), con đường truyền tín hiệu vào nhân thông qua các protein nội bào SMAD.
Các nhà nghiên cứu đã khảo sát liệu ức chế con đường SMAD có giúp mở rộng các tế bào gốc trong nuôi cấy thông qua ức chế biệt hóa. Qua một chuỗi các thí nghiệm, lần đầu tiên họ xác nhận rằng cả hai tín hiệu TGF-β/BMP và SMAD đều hoạt động ở các tế bào đã biệt hóa nhưng không hoạt động trong các tế bào gốc trưởng thành. Sau khi chỉ ra việc khóa tín hiệu SMAD có thể ngăn chặn sự biệt hóa của tế bào gốc khí quản chuột, họ phát hiện ra rằng khóa cả con đường TGF-β và BMP cho phép mở rộng nhiều thế hệ của tế bào gốc khí quản hơn nữa. Họ có thể tạo ra tế bào gốc khí quản người từ mẫu sinh thiết được trong nội soi khí quản – kĩ thuật thường quy được sử dụng trong chuẩn đoán và kiểm soát các bệnh khí quản. Đáng chú ý, các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc tạo ra và duy trì các tế bào gốc khí quản từ một mẫu đàm.
“Nếu chúng tôi có thể tìm ra cách để cảm ứng các mẫu đàm chứa một lượng lớn tế bào gốc, kĩ thuật của chúng tôi sẽ là kĩ thuật ít xâm lấn nhất để thu nhận tế bào gốc từ các cơ quan, và nếu chúng tôi có thể cải thiện được quy trình để nuôi cấy tế bào gốc thành công từ 100% các mẫu đàm, chúng tôi có thể thu mẫu để nghiên cứu bệnh phổi trong phòng thí nghiệm, ít gây xâm lấn hơn cả phương pháp lấy máu”, theo Rajagopal.
Rajagopal nó thêm: khả năng để duy trì và mở rộng tế bào gốc trường thành sẽ cải thiện mô hình mô phỏng diễn tiến của bệnh, giúp sàng lọc thuốc trên các tế bào thu nhận từ từng bệnh nhân, cho phép tạo ra các mô hình tế bào knockout/knockin sử dụng kĩ thuật chỉnh sửa gene mạnh mẽ CRISPR-Cas9. “Trong nhiều bệnh, trong đó có các bệnh về phổi, mô hình chuột rất hiếm cho các bệnh trên người, vì thế khả năng này thực sự mở ra một chân trời mới để áp dụng di truyền học người lên các tế bào phổi người và các mô hình bệnh học.
Ông nói thêm rằng kĩ thuật này sẽ giúp cải thiện tính an toàn của liệu pháp tế bào gốc thông qua việc loại bỏ nguy cơ nhiễm chéo tế bào chuột được sử dụng để hỗ trợ nuôi cấy tế bào gốc khí quản. Kĩ thuật mới có thể duy trì chức năng của tế bào gốc qua nhiều thế hệ, tuy nhiên cuối cùng chúng cũng sẽ bắt đầu xấu đi, do đó làm giảm hoặc thậm chí loại bỏ điều này là mục tiêu quan trọng tiếp theo.
Trương Châu Nhật dịch
Theo Sue McGreevey, MGH Center for Regenerative Medicine
